Proces odwróconej osmozy wykorzystuje półprzepuszczalną membranę do oddzielania wody od zanieczyszczeń. Półprzepuszczalna membrana umożliwia przepływ wody, ale pojęcia (np. na+, Ca2+, Cl-) lub większe cząsteczki (np. glukoza, mocznik, bakterie). Dyfuzja i osmoza są termodynamicznie korzystne i będą kontynuowane aż do osiągnięcia równowagi. Osmozy można spowolnić, zatrzymać, a nawet odwrócić, jeśli na błonę zostanie naniesione wystarczające ciśnienie z "skoncentrowanej" strony błony.
Odwrócona osmoza występuje, gdy woda jest przenoszona przez membranęwzględem gradientu stężenia, od niższego stężenia do wyższego stężenia. Aby zilustrować, wyobraź sobie półprzepuszczalną membranę ze świeżą wodą po jednej stronie i skoncentrowanym roztworem wodnym po drugiej stronie. Jeśli nastąpi normalna osmoza, świeża woda przenika przez membranę, aby rozcieńczyć stężony roztwór. W odwróconej osmozy nacisk wywiera się na stronę stężonego roztworu, aby zmusić cząsteczki wody przez membranę do strony słodkowodnej.
Istnieją różne rozmiary porów błon używanych do odwróconej osmozy. Podczas gdy mały rozmiar porów ma lepszą pracę filtracji, trwa dłużej, aby przenieść wodę. To trochę jak próba wylania wody przez sitko (duże otwory lub pory) w porównaniu do próby wylania jej przez ręcznik papierowy (mniejsze otwory). Jednak odwrócona osmoza różni się od prostej filtracji błonowej, ponieważ obejmuje dyfuzję i jest pod wpływem natężenia przepływu i ciśnienia.
